长春师范大学学报Journal of Changchun Normal University 2021年2月
Feb.2021
第40卷第2期
Vol.40No.2
基丁空间结构优化的卡乍驾驶室舒适性合理布局
孙然
(六安职业技术学院，安徽六安237000)
［摘要］传统卡车驾驶室舒适性合理布局方法的用户满意度低，为了解决这一问题，基于空间结构
优化研究了一种新的卡车驾驶室舒适性合理布局方法，从中端市场、控制成本、用户需求、功能需求
和外形美观五个方面入手，分别对中央扶手区域、水槽杯的大小进行调整，增加储物盒的大小，优化
踏板所在位置，使驾驶时更加舒适方便，腿部空间更加开阔，并对休息区的空间进行加大处理，以尽
量达到用户需求。利用得分对比给岀的布局方法和传统布局方法的用户满意度，实验结果表明，基
于空间结构优化的卡车驾驶室舒适性合理布局方法能够提供更好的驾驶体验，满意度更高，可操作
性更强。
［关键词］空间结构优化；卡车驾驶室；合理布局；舒适性
［中图分类号］U467.14［文献标志码］A［文章编号］2095-7602(2021)02-0029-04
近年来，随着经济的飞速发展，重型卡车的需求量越来越多，驾驶者对卡车内部空间的舒适性需求也随之上升［1］。为了解决舒适性问题，本文提出基于空间结构优化的卡车驾驶室舒适性合理布局方案，通过对卡车驾驶室内部结构的修改，提高卡车驾驶室的舒适性。本文首先提出了基于空间结构优化的卡车驾驶室舒适性合理布局设计，通过用户调研，结合空间结构优化理念，敲定卡车驾驶室优化方案，建立三维模型，最后通过Creo建立的立体化模型对本文提出的方案进行验证。
1设计思路
本文主要围绕卡车驾驶室的舒适性合理布局展开设计，强调以驾驶员的感受为第一要素。本文主要定位人为长期以长途运输为职业的驾驶员，选用调查问卷的形式来发现在卡车驾驶室中存在的非人性化布
局问题。对驾驶室舒适性合理布局的分析是在流体分析的基础上进行的，首先对整车内部流场进行分析，如车内流场的速度场。在经典力学中，流体的运动必须符合质量守恒定律，其表达式为
S+入血
G(1)其中，入表示卡车驾驶室内导热系数,S表示卡车驾驶室内导热面积。
然后对乘员热交换参数进行设置，其公式为
a
爲+T(A x y)=G m+G”,(2)其中,a表示车内流体所做的力，T表示卡车驾驶室内温度值,V表示车内传导温度,G m表示流体单元单位时间内能量增加量,G”表示动能增加量。
本文设计的方案应满足以下几点:1)定位为中端市场;2)所设计的驾驶室布局中所有部件均需要符合当下制造技术条件，尽可能地控制成本;3)卡车驾驶室内部空间得到充分利用，布局合理；4)卡车驾驶室设计方案应该美观且使用，具有创新性［2］。
［收稿日期］2020-06-16
［基金项目］安徽省高等学校自然科学项目“某商用车驾驶室轻量化CAE分析”(KJ2019A1064)
［作者简介］孙然，男，讲师，硕士，从事汽车设计研究。
卡车驾驶室舒适性合理布局需能够实现对流传热。对流传热是指固体表面与周围流体之间存在热量传递。在流体流动过程中产生的热量，随着流体质点的运动在固体表面和流体之间传递，这一过程受流体流动的影响很大，对流传热分别受冷空气和热空气的影响。
受冷空气影响的热量传递表达式为
Q l=k(G m+G n).(3)受热空气影响的热量传递表达式为
(G m-G n)-(4)
Q h=k
其中裁表示对流传热系数。
本文提出的基于空间结构优化的卡车驾驶室舒适性合理布局主要设计思路有如下三点。
第一，人性化的用户需求。空间结构优化的原则是需求决定功能，本文提出的设计方案应根据驾驶员的
—生活、娱乐、工作与休息⑶。
汽车内部结构
实际需求进行布局，布局设计分为四个板块—
第二，外观造型实用且美观。造型与外观在一定程度上影响了驾驶员的使用感受，因此驾驶室内部件，除了实用还需讲究美观，在满足基本的人体工程学的前提下使造型更加完美，这也是设计难点⑷。
第三，功能区的界限划分清晰。卡车驾驶室内部存在不同的功能区域，在设计时要注意功能区域的层次设计。在卡车驾驶室中，驾驶区是最重要的区域，其他区域的设计不能影响驾驶区功能，各区域之间的界限要划分清晰。
2设计方案
2.1驾驶区域与储物区域的布局设计
布局设计涉及的部件主要有方向盘、仪表台、踏板、座椅等，在设计中可以增大仪表盘的区域，相应增加其弧度，并依据人体工程学原理，提升对驾驶员的包围性，使造型更加简洁美观。对于中央扶手区域，可对水槽杯的大小进行调整，增加储物盒尺寸，优化踏板所在位置，使驾驶员在车辆行驶中更加舒适方便，腿部的空间更加开阔⑸。
对于储物区域，可将主储物柜安置在挡风玻璃上方，抬高车顶部位，分为左右两侧安放，驾驶员只需站起便可轻松打开储物柜，储物柜的深度有所增加，可放置更多的物品。床铺位置的储物柜原有三个，本
设计只保留位于中心的一个，床铺左右两边的储物柜会因座椅的阻挡而不方便驾驶员取物，缺少的储物空间可由驾驶室内侧墙壁的储物柜来代替［6］。具体布局设计如图1所示。
(a)(b)
图1驾驶区域与储物区域的布局设计图
2.2休息区域的布局设计
休息区域为本次布局设计的重点区域，在优化空间结构的基础上还需进行人性化设计。增加床铺的长度、宽度、高度，在抬高车顶的同时，上铺的空间也随之扩大，下铺的床板为折叠结构，收起来很简易，
主、副驾驶的座椅都可以大幅度向后平放，具体设计如图2所示。下铺床板为可折叠设计，座椅向后推移可以使驾驶室具有更大的活动空间，床铺的两边设计了储物柜，可以存放小型物品。在床头部位安置了阅读灯，设立了毛巾架，车窗处增加了窗帘，整体车内墙壁采用隔音材料作为隔层，以达到消除外部噪音并保护车内人员隐私的目的⑺。
图2休息区域的座椅及床铺布局图 图3床铺下方可翻折的小桌板设计图
2.3就餐区域的布局设计
由于床铺是可折叠的，座椅也可前后挪动，就餐区域就变大了，本设计在下铺床板的下面安置了一个可以 翻折的桌板，形成就餐区域，如图3所示。与此同时，当座椅被推至最内侧时，车门区域便非常宽阔，使驾驶员 上下车很方便。考虑到驾驶员会在车内烹饪，在驾驶室正上方位置安置小型微波炉，同时增大天窗的面积，使 采光更好，在床铺下方安置小型车载冰箱，放置饮用水和食物，具体布局设计如图4所示。
图4驾驶室后排床铺及储物柜布局图 图5副驾驶前方简易桌板布局图
在不挪动座椅的情况下，在副驾驶区域前方位置安置一个简易的伸缩桌板，便于驾乘人员在车辆行驶途 中临时使用⑻。具体布局设计如图5所示。
3 实验验证
3.1实验目的
为了验证本文设计方案的功能性与合理性，通过实验进行证明⑼。
3.2实验过程
Creo 是一个具有标准化尺寸的人体建模库以及科学严谨的数字仿真算法的虚拟平台。本文使用Creo 软 件先对所设计的方案进行三维建模，再对传统的卡车驾驶室的内部布局进行三维建模，建成之后采用Creo 软 件三维人体模型进行实验，对比实验数据得出本文设计方案与传统布局方案的差别。
Creo 软件能够有效提供最接近真实数据的模拟测试系统,Creo 软件的三维人体模型可以做出大多数正 常人的动作。在选定人体模型后，开始进行卡车驾驶室的人体模型分析实验，其评判标准主要考虑以下几个 方面：主驾驶位的控制区域、视野、舒适感、不同姿势下的舒适度；副驾驶位的控制区域、视野、舒适感、不同姿 势下的舒适度；驾驶员站立时的控制区域、视野、舒适感、不同姿势下的舒适度，活动区域的大小；床铺尺寸的 合适度、上铺的便捷度；就餐时活动区域的舒适度。
具体实验流程为：将三维人体模型调入驾驶室模型中，通过Creo发出指令，使三维人体模型完成坐标轴移动、旋转、到达等指令，然后进行各项实验分析。Creo软件会自动判断其得分，得分越高，整体布局效果越好。
3.3实验结果
由实验的五个指标得分(表1)可以看出，本文设计布局都远远好于传统布局。本设计对多个空间结构进行了优化处理，所提出的布局方案是科学合理、有效可行的。
表1本文设计布局与传统布局实验结果对比表
主驾驶位得分副驾驶位得分驾驶员站立情况下得分休息区得分就餐区得分本文设计布局96.897.588.695.697.6
传统布局75.468.966.473.876.4
4结语
本研究通过对卡车驾驶员的问卷调查收集样本，分析驾驶员对于卡车驾驶室的需求，根据被需求频率对功能部位的重要级别进行排序，在空间结构优化理论的基础上增加了人性化设计，并给出各功能区域布
局设计图。利用Creo软件建立三维人体模型与布局模型，将实验数据与传统布局模型进行比对可知，本文提出的基于空间结构优化的卡车驾驶室舒适性合理布局是有效可行的。
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Reasonable Layout of Truck Cab Comfort Based on Space Structure Optimization
SUN Ran
(Lu'an Vocational and Technical College,Lu'an237000,China)
Abstract:In order to solve the problem that the traditional method of reasonable layout of truck cab com
fort is not satisfied,a new rea­sonable layout of truck cab comfort based on space structure optimization,starting from the middle end market,cost control,user de­mand,functional demand and beautiful appearance,the sizes of the central armrest area and sink cup are adjusted,the size of the stor­age box is increased,and the position of the pedal is optimized,so as to make driving more comfortable and convenient,leg space more open,and the space of the rest area is increased to meet the user's needs as far as possible.The results show that the reasonable layout method of truck cab comfort based on spatial structure optimization can provide better driving experience,higher satisfaction and stronger operability.
Key words:space structure optimization;truck cab;reasonable layout;comfort